《电路》课程教学资源（文献资料）Multisim电路仿真

附录A1Multisim电路仿真A1.1Multisim软件仿真功能A1.1.1Multisim介绍Multisim是NationalInstruments公司电路分析与仿真软件，属于该公司电子设计自动化软件套装的一部分，可以进行原理图或硬件描述语言输入、模拟和数字电路仿真和设计。该软件以前的版本称为ElectronicsWorkbench。对于模拟电路的仿真计算厂泛采用采用1972年由美国加州大学伯克利分校设计的SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）程序。仿真是利用数学方法模仿电路的行为。对电路模型的分析仿真需要完成复杂的算法，而现代电路仿真工具隐藏了复杂的计算过程，提供给使用者方便的图形界面。目前有多种基于SPICE算法的电路仿真工具，Multisim是其中之一。Multisim的突出特点是其直观的图形界面，在计算机屏幕上模仿出真实实验室的工作台，提供虚拟仪器测量和元件参数实时交互方法。在Multisim软件图形化环境中，可以方便地调用各种仿真元器件模型，创建电路，执行多种电路分析功能。软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果，并可以交互控制电路的运行与测量过程。针对本课程的内容和特点，这里介绍的内容仅限于该软件的模拟电路分析仿真功能，仿真的对象主要是线性电路、简单非线性电路和由通用运算放大器构成的电路。有关Multisim应用的更详尽介绍可参考其他书籍。A1.1.2Multisim操作界面1.软件界面启动Multisim，可以看到其主窗口。它由菜单、常用工具按钮、元件选取按钮、仪器选取按钮、原理图编辑窗口、图形分析窗口等组成，如图A-1所示。从图中可以看到，Multisim模仿了一个实际的电子工作台，其中最主要的窗口区域是原理图窗口，在这里可以进行电路的连接和测试。工作区的上面和两侧是菜单、操作工具栏元件库工具栏和虚拟仪器工具栏等。菜单栏包括了软件的所有操作命令，而各个工具栏则包含了常用的操作命令快捷按钮。Multisim的各类快捷工具栏可以设置显示或关闭，图A-I中只显示了与电路仿真相关的一些工具栏

附录 A1 Multisim 电路仿真 A1.1 Multisim 软件仿真功能 A1.1.1 Multisim 介绍 Multisim 是 National Instruments 公司电路分析与仿真软件，属于该公司电子设计自动化 软件套装的一部分，可以进行原理图或硬件描述语言输入、模拟和数字电路仿真和设计。该 软件以前的版本称为 Electronics Workbench。 对于模拟电路的仿真计算广泛采用采用 1972 年由美国加州大学伯克利分校设计的 SPICE （Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）程序。仿真是利用数学方法模仿电路的 行为。对电路模型的分析仿真需要完成复杂的算法，而现代电路仿真工具隐藏了复杂的计算 过程，提供给使用者方便的图形界面。目前有多种基于 SPICE 算法的电路仿真工具，Multisim 是其中之一。 Multisim 的突出特点是其直观的图形界面，在计算机屏幕上模仿出真实实验室的工作台， 提供虚拟仪器测量和元件参数实时交互方法。在 Multisim 软件图形化环境中，可以方便地调 用各种仿真元器件模型，创建电路，执行多种电路分析功能。软件仪器的控制面板外形和操 作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果，并可以交互控制电路的运行与测量过程。 针对本课程的内容和特点，这里介绍的内容仅限于该软件的模拟电路分析仿真功能，仿 真的对象主要是线性电路、简单非线性电路和由通用运算放大器构成的电路。有关 Multisim 应用的更详尽介绍可参考其他书籍。 A1.1.2 Multisim 操作界面 1．软件界面 启动 Multisim，可以看到其主窗口。它由菜单、常用工具按钮、元件选取按钮、仪器选 取按钮、原理图编辑窗口、图形分析窗口等组成，如图 A-1 所示。 从图中可以看到，Multisim 模仿了一个实际的电子工作台，其中最主要的窗口区域是原 理图窗口，在这里可以进行电路的连接和测试。工作区的上面和两侧是菜单、操作工具栏、 元件库工具栏和虚拟仪器工具栏等。菜单栏包括了软件的所有操作命令，而各个工具栏则包 含了常用的操作命令快捷按钮。Multisim 的各类快捷工具栏可以设置显示或关闭，图 A-1 中 只显示了与电路仿真相关的一些工具栏

2附录AlMultisim电路仿真菜单标准操作工具栏原理图窗口虚拟元件工具栏元件工具栏仿真工具栏仿真开关X0D霸Design2Mulisim-[pesign2]Eile EdNViewPlaceMCUSirTraSfer ToolseportsOptions WindguHelpulate：二ax电脑子口#Ueat太校1品的YOX国BQQq国·国·国·国·田·回I国A·gE回XGrapher ViewXBP18File Edit View GraphTrace Cursor Legend Tools Help大XFG1NOUT店MeNSpectrum Analyzer-XSA1|Spectrum Analyzer-XSA1|Osclloscope-XSC1Oscllosc鲜目0Design2R17TransientAnalysis1.0koC1500.00m1.0uFS0.00SNHERENRRg-250.00m-500.00mXBodePlotter-XBP15.0m7.5m10.0mMagnitudePhaseHorizontaVertcalime (s)LogLinLogLinMHZ100F45DegHz1-135Deg1ControlsReverseSet.236.389Hz-56.048 Deg++oIn+@outTran:10.000ms仪器工具栏打开的虚拟仪器图形分析窗口图A-1Multisim的主窗口2.命令软件菜单栏在主窗口的最上方，如图A-2，菜单中提供了软件功能命令。每个菜单组都有一个下拉菜单。Fle Edit View PlaceMcu Simulate Transfer Iools Reports Optlons Window Help图A-2主窗口菜单栏文件菜单（File）中包含电路文件创建，保存、打开、设计项目管理、原理图以及文件打印等命令。编辑菜单（Edit）主要包含原理图编辑、元件位置移动，设计元素复制粘贴等操作命令。窗口显示菜单（View）用于设置窗口显示内容、设定工具栏显示与否、内容缩放等。放置菜单（Place）提供在电路窗口内放置元件、连接点、总线和文字、子电路操作等命令。利用工具栏中提供的按钮可以更方便地放置元件。仿真菜单（Simulate）提供电路仿真、仿真参数设置等操作命令。其中的主要命令及功能如下：

附录 A1 Multisim 电路仿真 2 图 A-1 Multisim 的主窗口 2．命令 软件菜单栏在主窗口的最上方，如图 A-2，菜单中提供了软件功能命令。每个菜单组都 有一个下拉菜单。 图 A-2 主窗口菜单栏 文件菜单（File）中包含电路文件创建，保存、打开、设计项目管理、原理图以及文件打 印等命令。 编辑菜单（Edit）主要包含原理图编辑、元件位置移动，设计元素复制粘贴等操作命令。 窗口显示菜单（View）用于设置窗口显示内容、设定工具栏显示与否、内容缩放等。 放置菜单（Place）提供在电路窗口内放置元件、连接点、总线和文字、子电路操作等命 令。利用工具栏中提供的按钮可以更方便地放置元件。 仿真菜单（Simulate）提供电路仿真、仿真参数设置等操作命令。其中的主要命令及功能 如下： 菜单 标准操作工具栏 原理图窗口 虚拟元件工具栏 元件工具栏 仿真工具栏 仿真开关 打开的虚拟仪器 图形分析窗口 仪器工具栏

3附录AlMultsim电路仿真Run开始仿真运行Pause暂停仿真Stop停止仿真运行Instruments放置各种虚拟仪器交互仿真模式参数的设置InteractiveSimulationSettings...Analyses选择SPICE分析功能打开后处理器对话框Postprocess...其他的菜单功能较少使用，这里不再介绍。菜单中的一些常用命令也可以用点击工具栏中命令图标的方式启动，例如仿真工具栏中仿真启动、暂停和结束按钮图标。3.元件Multisim提供原理图捕提功能，用图形方式放置元件并进行连接后，软件自动产生电路网表文件。放置元件命令为PlaceComponent，可以从命令菜单或鼠标右键弹出菜单启动，也可以通过点击元件工具栏放置。放置元件命令将会弹出一个元件选择对话框，在其中显示了预先选择的一大类元件。例如，选择基本无源元件按钮之后，会出现如图A-3所示对话框内容。0oxSelect a ComponentDatabase;Component:Symbo (ANSt)OK01kMaster Database-CloseGroup:820B25Search...wBasic845Detal report.Famiy:866ViewmodelAllSelect al famies -887BASIC_VIRTUALSaveuniquHelp900RATED_VERTUAI909Componenttype:3D_VIRTUAL910cno type>931MRPACK953Tolerance(%):SWITCH976BETRANSFORIMERENONLINEARTE1.0Modelmanufacturer/lo2_LOAD1.00kGenerCTVIRTUALRESITANGFRRELAY1.02k1.05kCONNECTORS1.07kSOOKETS1.1kSCH_CAP_SYMS1.13kMRESISTOR1.15kHEFCAPACITOR1.18k1.2kINDUCTOR1.21Components: 1090Searching:图A-3元件选择对话框如图所示，对话框的左侧显示了当前选择的数据库（MasterDatabase）、元件分类（Basic）以及在此大类中进一步分组列表（Family）。可见，通过这个对话框，用户可以选取任何类别的任何元件模型。Multisim提供了丰富的元件库，这些元件分门别类地放到多个元件分类库中，元件工具栏提供了快速选择类别的类别库按钮，如图A-4所示

3 附录 A1 Multsim 电路仿真 Run 开始仿真运行 Pause 暂停仿真 Stop 停止仿真运行 Instruments 放置各种虚拟仪器 Interactive Simulation Settings. 交互仿真模式参数的设置 Analyses 选择 SPICE 分析功能 Postprocess. 打开后处理器对话框 其他的菜单功能较少使用，这里不再介绍。 菜单中的一些常用命令也可以用点击工具栏中命令图标的方式启动，例如仿真工具栏中 仿真启动、暂停和结束按钮图标。 3．元件 Multisim 提供原理图捕捉功能，用图形方式放置元件并进行连接后，软件自动产生电路 网表文件。放置元件命令为 Place Component，可以从命令菜单或鼠标右键弹出菜单启动，也 可以通过点击元件工具栏放置。 放置元件命令将会弹出一个元件选择对话框，在其中显示了预先选择的一大类元件。例 如，选择基本无源元件按钮之后，会出现如图 A-3 所示对话框内容。 图 A-3 元件选择对话框 如图所示，对话框的左侧显示了当前选择的数据库（Master Database）、元件分类（Basic） 以及在此大类中进一步分组列表（Family）。可见，通过这个对话框，用户可以选取任何类别 的任何元件模型。 Multisim 提供了丰富的元件库，这些元件分门别类地放到多个元件分类库中，元件工具 栏提供了快速选择类别的类别库按钮，如图 A-4 所示

附录A1Multisim电路仿真4+享车MSE星+国Y格的长d7 0rcNI电模T基二晶杂混指功杂复射机板管M源?体拟T合率项器杂频器测项数示器电器OS器无管集集量L源成数伴件部字成件件设元件件电数电电字集路字路路成集电成路电路图A-4元件工具栏4.虚拟元件Multisim提供的元器件模型中，有些同时有两类模型，一类用于电路设计过程，元件模型参数与实际元器件具体型号相对应，具有生产厂家提供的典型值或标称值。另外一类元件称为虚拟元件（Virtualcomponent），在元件选择对话框中用绿色图标表示。虚拟元件不与具体实际元器件型号对应，而是提供一个通用模型，在电路中不同实例的所有参数皆可以单独修改。这一类元件特别适用于一般理论分析和电路仿真。Multisim对常用的一些虚拟元件给如图A-5所示。出了分类快捷按钮工具栏，国国·国国·国·回国国国国?三模基二晶测杂电带信极限号源维极项拟本体量源形器集无管管装参数器置象成源件器电元件件路件图A-5虚拟元件工具栏5.仪器工具Multisim提供虚拟仪器仪表用来监测和显示分析的结果，仪器工具栏中的按钮用来向工作区中放置虚拟仪器。图A-6是该工具栏水平放置时显示的工具栏和对应的仪器仪表。8M国一二Oto1.49VIV四逻数Au双波4数逻失频网安函安泰电压电流探针字捷克示数特通通特字字辑辑曲真谱络捷捷多图信表道道频字分转线分分分伦伦伦波用号示示发析析4信多示仪率换分表发号用器波波计仪器析仪仪仪波生器发生器器器仪表器器图A-6仪器工具栏将适当的Multisim虚拟仪器连接在仿真电路中，可以将电路求解结果不断显示在电路连接的虚拟仪器上，在Multisim中称为交互仿真模式（Simulation）。仿真就像对电路进行虚拟实验或测试，是Multisim软件的特色。电路中连接的虚拟仪器决定了Multisim需要进行计算

附录 A1 Multisim 电路仿真 4 电 源 基 本 无 源 元 件 二 极 管 晶 体 管 模 拟 集 成 电 路 T T L 数 字 集 成 电 路 C M O S 数 字 集 成 电 路 杂 项 数 字 电 路 混 合 集 成 电 路 指 示 器 件 功 率 器 件 杂 项 器 件 复 杂 外 设 射 频 器 件 机 电 器 件 NI 测 量 部 件 图 A-4 元件工具栏 4．虚拟元件 Multisim 提供的元器件模型中，有些同时有两类模型，一类用于电路设计过程，元件模 型参数与实际元器件具体型号相对应，具有生产厂家提供的典型值或标称值。另外一类元件 称为虚拟元件（Virtual component），在元件选择对话框中用绿色图标表示。 虚拟元件不与具 体实际元器件型号对应，而是提供一个通用模型，在电路中不同实例的所有参数皆可以单独 修改。这一类元件特别适用于一般理论分析和电路仿真。Multisim 对常用的一些虚拟元件给 出了分类快捷按钮工具栏，如图 A-5 所示。 三 维 形 象 器 件 模 拟 集 成 电 路 基 本 无 源 元 件 二 极 管 晶 体 管 测 量 装 置 杂 项 器 件 电 源 带 极 限 参 数 器 件 信 号 源 图 A-5 虚拟元件工具栏 5．仪器工具 Multisim 提供虚拟仪器仪表用来监测和显示分析的结果，仪器工具栏中的按钮用来向工 作区中放置虚拟仪器。图 A-6 是该工具栏水平放置时显示的工具栏和对应的仪器仪表。 数 字 多 用 表 函 数 信 号 发 生 器 瓦 特 表 双 通 道 示 波 器 四 通 道 示 波 器 波 特 图 仪 数 字 频 率 计 数 字 字 发 生 器 逻 辑 分 析 仪 逻 辑 转 换 器 IV 曲 线 分 析 仪 失 真 分 析 仪 频 谱 分 析 仪 网 络 分 析 仪 安 捷 伦 信 号 发 生 器 安 捷 伦 示 波 器 安 捷 伦 多 用 表 泰 克 示 波 器 电 压 电 流 探 针 数 字 多 用 表 函 数 信 号 发 生 器 瓦 特 表 双 通 道 示 波 器 四 通 道 示 波 器 波 特 图 仪 数 字 频 率 计 数 字 字 发 生 器 逻 辑 分 析 仪 逻 辑 转 换 器 IV 曲 线 分 析 仪 失 真 分 析 仪 频 谱 分 析 仪 网 络 分 析 仪 安 捷 伦 信 号 发 生 器 安 捷 伦 示 波 器 安 捷 伦 多 用 表 泰 克 示 波 器 电 压 电 流 探 针 图 A-6 仪器工具栏 将适当的 Multisim 虚拟仪器连接在仿真电路中，可以将电路求解结果不断显示在电路连 接的虚拟仪器上，在 Multisim 中称为交互仿真模式（Simulation）。仿真就像对电路进行虚拟 实验或测试，是 Multisim 软件的特色。电路中连接的虚拟仪器决定了 Multisim 需要进行计算

5附录AlMultsim电路仿真和仿真的类型。A1.1.3电路分析与仿真步骤用Multisim分析和仿真电路的主要步骤包括：建立电路，调整元件参数，连接仪器进行虚拟测量，或设定分析功能和选项后对电路进行分析。以下用一个例子简要说明这个过程。1.输入电路原理图首先要放置元件。为此，可以利用元件工具栏，在其中点击元件图表来选择，拖放到电路图中。注意，由于仿真软件采用结点法分析，电路中必须要安置和连接一个接地符号。元件放置到电路图中后，用鼠标点击元件端子拉出导线，连接到另一个元件端子完成导线连接，形成电路结点。在电路区中点右键，在菜单中选Properties菜单项，在弹出对话框中，选中Circuit/NetNames/ShowAll，在电路图中显示出结点标号或名称。连接完成后完整电路如图A-7（a）所示。V:498mVV(rms):522mlV(dc):500mVT:498UAI(rms):522uAdC:500uAFreq.:1.00kHz1.0knVsToko1V.1.0ulBvere数招ome中1DC(a)(b)图A-7仿真电路和变量测量2.设置元件参数每个仿真元件都有若干属性或参数，可以根据分析或仿真的要求调整。双击图A-7（a）中V1的电压源符号，弹出元件属性对话框。本例中，我们设置电压源有效值1V，直流偏移电压（VoltageOffset）为1V，频率为1kHz，其他参数不变。3.对电路进行虚拟测量Multisim提供电路虚拟测量方式的仿真。Multisim自动建立电路方程，不断进行多次选定的分析计算，将计算结果实时显示在电路中连接的虚拟仪器上，过程中还可以改变电路和调节仪器，这就像对电路进行虚拟实验或测试。在图A-7（a）电路中，连接了虚拟示波器观测输入和输出电压波形，同时放置了一个测量探针在电阻上方结点，设置其中实时测量和电压电流的瞬时值、有效值、直流成分和频率。按下仿真运行按钮后，实时测量结果显示在探针输出和示波器显示界面上。4.对电路进行SPICE分析

5 附录 A1 Multsim 电路仿真 和仿真的类型。 A1.1.3 电路分析与仿真步骤 用 Multisim 分析和仿真电路的主要步骤包括：建立电路，调整元件参数，连接仪器进行 虚拟测量，或设定分析功能和选项后对电路进行分析。以下用一个例子简要说明这个过程。 1．输入电路原理图 首先要放置元件。为此，可以利用元件工具栏，在其中点击元件图表来选择，拖放到电 路图中。注意，由于仿真软件采用结点法分析，电路中必须要安置和连接一个接地符号。元 件放置到电路图中后，用鼠标点击元件端子拉出导线，连接到另一个元件端子完成导线连接， 形成电路结点。在电路区中点右键，在菜单中选 Properties 菜单项，在弹出对话框中，选中 Circuit/Net Names/Show All，在电路图中显示出结点标号或名称。连接完成后完整电路如图 A-7（a）所示。 （a） （b） 图 A-7 仿真电路和变量测量 2．设置元件参数 每个仿真元件都有若干属性或参数，可以根据分析或仿真的要求调整。双击图 A-7（a） 中 V1 的电压源符号，弹出元件属性对话框。本例中，我们设置电压源有效值 1V，直流偏移 电压（Voltage Offset）为 1V，频率为 1kHz，其他参数不变。 3．对电路进行虚拟测量 Multisim 提供电路虚拟测量方式的仿真。Multisim 自动建立电路方程，不断进行多次选 定的分析计算，将计算结果实时显示在电路中连接的虚拟仪器上，过程中还可以改变电路和 调节仪器，这就像对电路进行虚拟实验或测试。在图 A-7（a）电路中，连接了虚拟示波器观 测输入和输出电压波形，同时放置了一个测量探针在电阻上方结点，设置其中实时测量和电 压电流的瞬时值、有效值、直流成分和频率。按下仿真运行按钮 后，实时测量结果显示在 探针输出和示波器显示界面上。 4．对电路进行 SPICE 分析

附录A1Multisim电路仿真6除了虚拟测量仿真，Multisim还可以将指定分析项目的计算完成后的结果变量以数值和曲线的方式给出，例如结点电压、元件电流、响应曲线等，在软件中称为分析（Analysis）。分析是利用Multisim的仿真引擎求解电路方程，得到描述电路特性所需要的一组变量。这些变量可以直接显示在分析图形（GrapherView）窗口中，作为曲线或数值图表：也可以保存起来作为MultisimPostProcessor后处理的原始数据；还可以输出到其他软件（如MicrosoftExcel）中作为进一步计算或图表形成所需的数据。Multisim最基本的电路分析功能为直流工作点分析、交流频率扫描分析和暂态分析：其他更为复杂的分析功能在这些功能上组合、派生出来。本书内容主要涉及下面几种分析功能：DCOperatingPoint直流工作点分析，计算直流激励下的静态电压和电流，是进行其·它各项分析功能的基础。ACAnalysis交流频率扫描分析，分析电路的频率特性。·SingleFrequencyACAnalysis单频率交流分析，给出相量解。··TransientAnalysis暂态分析，又称时域分析或动态分析。DCSweep直流扫描分析，考察电路中一个或两个电源变化时电路直流特性。·：ParameterSweep参数扫描分析，分析某元件的参数变化对电路的影响。·TransferFunction传递函数分析，分析信号源和输出变量间的直流小信号传递函数。用Multisim进行电路分析，需要设置各种分析功能的分析参数选项，选定输出变量及其显示方式。要进行任何一种分析，可以选择菜单命令Simulate/Analyses，在弹出的菜单中选择需要的分析类型。除了简单的直流工作点分析外，分析设置主要包括：Analysisparameters（分析参数），在其中设定该项分析的参数，例如时间范围，频率范围，初始条件等；Output（输出变量），设定需要计算和显示哪些电路变量或表达式。通常情况下，Multisim的分析可以给出结点电压，元件电流和功率变量，可以从这些变量中直接选择作为输出显示。还可以将这些变量进行组合和数学运算得到表达式作为分析结果显示。A1.2直流分析利用Multisim仿真软件的直流工作点分析、直流参数扫描分析和小信号传输函数分析，可以对在直流电源激励下的电路进行各种灵活的分析，求出较为复杂电路的支路电压和电流，扫描电源和其他元件参数变化对电路特性的影响，求电路不同支路或结点上变量的比值（称为传输特性），求端口v-i曲线，求戴维南等效电路参数等。此外，利用虚拟仪器、仪表和探针等，也能直观观察各支路变量。这里给出几个分析示例来说明有关仿真方法的使用。通过这些示例，还可以加深我们对线性电路特性的理解。Multisim的直流工作点分析就是计算电路在直流电源激励下的稳态响应。选择菜单命令Simulate/Analyses/DCOperatingPoint，在分析设置对话框中选定全部可用的变量显示在输出

附录 A1 Multisim 电路仿真 6 除了虚拟测量仿真，Multisim 还可以将指定分析项目的计算完成后的结果变量以数值和 曲线的方式给出，例如结点电压、元件电流、响应曲线等，在软件中称为分析（Analysis）。 分析是利用 Multisim 的仿真引擎求解电路方程，得到描述电路特性所需要的一组变量。 这些变量可以直接显示在分析图形（Grapher View）窗口中，作为曲线或数值图表；也可以保 存起来作为 Multisim PostProcessor 后处理的原始数据；还可以输出到其他软件（如 Microsoft Excel）中作为进一步计算或图表形成所需的数据。 Multisim 最基本的电路分析功能为直流工作点分析、交流频率扫描分析和暂态分析；其 他更为复杂的分析功能在这些功能上组合、派生出来。本书内容主要涉及下面几种分析功能：  DC Operating Point 直流工作点分析，计算直流激励下的静态电压和电流，是进行其 它各项分析功能的基础。  AC Analysis 交流频率扫描分析，分析电路的频率特性。  Single Frequency AC Analysis 单频率交流分析，给出相量解。  Transient Analysis 暂态分析，又称时域分析或动态分析。  DC Sweep 直流扫描分析，考察电路中一个或两个电源变化时电路直流特性。  Parameter Sweep 参数扫描分析，分析某元件的参数变化对电路的影响。  Transfer Function 传递函数分析，分析信号源和输出变量间的直流小信号传递函数。 用 Multisim 进行电路分析，需要设置各种分析功能的分析参数选项，选定输出变量及其 显示方式。 要进行任何一种分析，可以选择菜单命令 Simulate/Analyses，在弹出的菜单中选择需要 的分析类型。除了简单的直流工作点分析外，分析设置主要包括：Analysis parameters（分析 参数），在其中设定该项分析的参数，例如时间范围，频率范围，初始条件等；Output（输出 变量），设定需要计算和显示哪些电路变量或表达式。 通常情况下，Multisim 的分析可以给出结点电压、元件电流和功率变量，可以从这些变 量中直接选择作为输出显示。还可以将这些变量进行组合和数学运算得到表达式作为分析结 果显示。 A1.2 直流分析 利用 Multisim 仿真软件的直流工作点分析、直流参数扫描分析和小信号传输函数分析，可 以对在直流电源激励下的电路进行各种灵活的分析，求出较为复杂电路的支路电压和电流，扫 描电源和其他元件参数变化对电路特性的影响，求电路不同支路或结点上变量的比值（称为传 输特性），求端口 v-i 曲线，求戴维南等效电路参数等。此外，利用虚拟仪器、仪表和探针等， 也能直观观察各支路变量。这里给出几个分析示例来说明有关仿真方法的使用。通过这些示例， 还可以加深我们对线性电路特性的理解。 Multisim 的直流工作点分析就是计算电路在直流电源激励下的稳态响应。选择菜单命令 Simulate/Analyses/DC Operating Point，在分析设置对话框中选定全部可用的变量显示在输出

7附录AlMultsim电路仿真图表窗口中，启动Simulate后，Multisim对电路做直流工作点分析，分析结果显示在GrapherView窗口的对应分页中。图A-8（a）为在电路工作区建立的电路原理图，其直流工作点分析结果如图A-8(b)所示。注意在直流分析时，交流电源被视为零值电源，电容开路，电感短路。DCOperatingPointDCOperatrngPoint0.0000R11(C1)L1R.)11.88119m10mHV110031R2)11.88119m1 Vpkv()11.881191kHz>R2o>1.0ko5V(2)0°11.881196V12.000007412,0000012v810.1011.88116p91V)-11,88119m一101(V2)-11.88119m(b)(a)图A-8作为各种分析对象的电路例A-1图A-9（a）（b）两个电路有相同的拓扑结构，但是在两个图中，12V电压源与电流变量I位置互易。用Multisim的直流分析方法证明两个电路中的1相等。a1242194225b0I3232ddcc12V(a)(b)图A-9电压源与电流1的位置互易在Multisim电路工作区建立图A-10仿真电路。在电路中任意结点上连接接地元件。设定V1=12V，V2=0V，对应于（a）电路：然后设定V1=0V，V2=12V，对应（b）电路，利用零值电压源求出支路电流。在电压源之路上放置探针，将探针属性设定为只显示瞬时电流值。然后启动仿真。从两次分析的结果中看出，零值电压源支路电流相同，均为0.8A。MF110401Q40V1V1012VOV02L2I:-6.27A:800mAWW20202020I:800mA1:-2.40AV2V244W303Qov12V(a)(b)图A-10电压源与电流变量互易位置后电流值不变

7 附录 A1 Multsim 电路仿真 图表窗口中，启动 Simulate 后，Multisim 对电路做直流工作点分析，分析结果显示在 Grapher View 窗口的对应分页中。 图 A-8（a）为在电路工作区建立的电路原理图，其直流工作点分析结果如图 A-8(b)所示。 注意在直流分析时，交流电源被视为零值电源，电容开路，电感短路。 (a) (b) 图 A-8 作为各种分析对象的电路 例 A-1 图 A-9（a）（b）两个电路有相同的拓扑结构，但是在两个图中，12V 电压源与电 流变量 I 位置互易。用 Multisim 的直流分析方法证明两个电路中的 I 相等。 图 A-9 电压源与电流 I 的位置互易 在 Multisim 电路工作区建立图 A-10 仿真电路。在电路中任意结点上连接接地元件。设定 V1=12V，V2=0V，对应于（a）电路；然后设定 V1=0V，V2=12V，对应（b）电路，利用零值 电压源求出支路电流。在电压源之路上放置探针，将探针属性设定为只显示瞬时电流值。然后 启动仿真。从两次分析的结果中看出，零值电压源支路电流相同，均为 0.8A 。 （a） （b） 图 A-10 电压源与电流变量互易位置后电流值不变

附录A1Multisim电路仿真8我们还可以改变非零值电压源的电压，再进行多次分析。结果是，只要激励电压源电压一样，位置变化后得到的电流也一样。这个结果并不是巧合，而是一种线性电路性质的体现，这种性质称为互易性。电路具有互易性的条件是电路中只有一个电源，且电路是不含受控源的线性电路。有关详细理论推导请参考双口网络一章讨论。例A-2图A-11电路中，已知电流I=0.2A，求线性电阻R的电阻值。3023030YS20VYS20V.50506A6A:-2.60:-2.60V:5.60VV:5.60 Vnd91:2.80AI:2.80A-9V221：200mA/I（a）原电路（b）用电流源替代电阻R（c）还原电阻R图A-11例A-2电路在电路中，在支路变量有唯一解的情况下，如果某支路电压为V，则可用电压为V的电压源来替代该支路：如果某支路电流为I，则可用电流为I的电流源来替代该支路：替代后不影响电路其他变量。这个结论称为替代定理。这里利用Multisim软件仿真计算电阻R两端的电压，从而得到R，然后用不同元件来替代该支路，验证替代定理的正确性。将已知电流的支路用电流为0.2A的电流源来替换，得到图2-57（b）仿真电路。对其进行直流工作点分析，或者用探针检测得到结点电压V1为-4V，如图A-11（b）所示。根据电压V1，可以得到R=一V1/I=20Q。在仿真电路中用R=20Q电阻替代0.2A电流源，图A-11（c）所示，再进行直流分析，我们可以看到，该支路的电流、电压以及电路中所有支路变量都没有变化。读者甚至还可以设计一个电压源与电阻的串联组合来替代该支路而保持整个电路中其他支路的变量保持不变。例A-3求图A-12（a）含受控源电路的戴维南等效电路10V8Q2X(a)(b)图A-12含受控源电路及其等效电路理论分析可得到其戴维南等效电路如图A-12（b）。用Multisim仿真时，首先建立仿真电路如图A-13（a），其中在端口上连接了一个测试电流源，用外加测试电源直接求端口的v-i关系曲线，从而得到戴维南等效电路。用Multisim的ParameterSweep（参数扫描）或DCSweep（直流电源扫描），让外接电流源变化，测量端口电压得到等效参数。现选择DCSweep，将参数扫描设置为变化I2电流源的电流值，输出变量为结点4电压，I2电流从-2A到2A线性变化，增量为0.2A。启动分析，得到结点电压V4随I2

附录 A1 Multisim 电路仿真 8 我们还可以改变非零值电压源的电压，再进行多次分析。结果是，只要激励电压源电压一 样，位置变化后得到的电流也一样。这个结果并不是巧合，而是一种线性电路性质的体现，这 种性质称为互易性。电路具有互易性的条件是电路中只有一个电源，且电路是不含受控源的线 性电路。有关详细理论推导请参考双口网络一章讨论。 例 A-2 图 A-11 电路中，已知电流 I=0.2A，求线性电阻 R 的电阻值。 （a）原电路 （b）用电流源替代电阻 R （c）还原电阻 R 图 A-11 例 A-2 电路 在电路中，在支路变量有唯一解的情况下，如果某支路电压为 V，则可用电压为 V 的电压 源来替代该支路；如果某支路电流为 I，则可用电流为 I 的电流源来替代该支路；替代后不影响 电路其他变量。这个结论称为替代定理。这里利用 Multisim 软件仿真计算电阻 R 两端的电压， 从而得到 R，然后用不同元件来替代该支路，验证替代定理的正确性。 将已知电流的支路用电流为 0.2A 的电流源来替换，得到图 2-57（b）仿真电路。对其进行 直流工作点分析，或者用探针检测得到结点电压 V1 为-4V，如图 A-11（b）所示。 根据电压 V1，可以得到 R = －V1/ I = 20。在仿真电路中用 R= 20 电阻替代 0.2A 电流 源，图 A-11（c）所示，再进行直流分析，我们可以看到，该支路的电流、电压以及电路中所 有支路变量都没有变化。读者甚至还可以设计一个电压源与电阻的串联组合来替代该支路而保 持整个电路中其他支路的变量保持不变。 例 A-3 求图 A-12（a）含受控源电路的戴维南等效电路 图 A-12 含受控源电路及其等效电路 理论分析可得到其戴维南等效电路如图 A-12（b）。 用 Multisim 仿真时，首先建立仿真电路如图 A-13（a），其中在端口上连接了一个测试电流 源，用外加测试电源直接求端口的 v-i 关系曲线，从而得到戴维南等效电路。用 Multisim 的 Parameter Sweep（参数扫描）或 DC Sweep（直流电源扫描），让外接电流源变化，测量端口电 压得到等效参数。现选择 DC Sweep，将参数扫描设置为变化 I2 电流源的电流值，输出变量为 结点 4 电压，I2 电流从-2A 到 2A 线性变化，增量为 0.2A。启动分析，得到结点电压 V4 随 I2

9附录AlMultsim电路仿真变化曲线如图A-13。从曲线可以得到开路电压为8V，△V/AI=8Q。结果验证了理论分析结果。16.01山2020210V12.08.02V4.00.001-500m500m12Current (A)(a)(b)图A-13参数扫描电路和结果A1.3暂态分析利用Multisim仿真软件的暂态分析功能或虚拟仪器观测方法，可以仿真电路的动态特性。结合参数扫描分析可以观察元件参数对电路动态特性的影响。例A-4求如图A-14（a）所示一阶电路。开关在=0时刻由触点a倒向触点b，开关动作前电容电压有0V和0.3V两种情况。用Multisim仿真求电容电压vc(t)的波形，并测量电路的时间常数。=010k210kQ10uF=1V10μF0I(b)(a)图A-14参数扫描电路和结果在工作区中画出仿真电路，如图A-14(b)所示。图中的延迟开关是元件库中的仿真元件Basic/SWITCH/TDSW。开关连接1结点位置为ON位置，接地为OFF位置。开关可以设定两个动作时间，以秒为单位，TON和TOFE，分别对应开关倒向ON和OFF位置的时间。两个时间不能相等，也不能小于0。在动作时间大于0时，该时间之前开关处于相反位置。等于0时对应动作无效。首先仿真电容电压为0的情况。延时开关的参数设置为：TOFF=0，TON=0.001S。这样倒向OFF的时间无效，倒向ON的时间很接近于0，可近似认为是0。选择菜单命令Simulate/Analyses/TransientAnalysis，在弹出对话框中设定分析参数为：开始时间（START）O，结束时间（TSTOP）1S，自动选择初始条件。在Output中选择V(3)电压。然后点击Simulate按钮启动仿真，在Graph窗口中得到电容电压变化曲线，如图A-15(a)。打开测量游标线，找到电压上升到0.632V所对应的时间，大约为0.1秒，即为电路的时间常数

9 附录 A1 Multsim 电路仿真 变化曲线如图 A-13。从曲线可以得到开路电压为 8V，V/I=8。结果验证了理论分析结果。 （a） （b） 图 A-13 参数扫描电路和结果 A1.3 暂态分析 利用 Multisim 仿真软件的暂态分析功能或虚拟仪器观测方法，可以仿真电路的动态特性。 结合参数扫描分析可以观察元件参数对电路动态特性的影响。 例 A-4 求如图 A-14（a）所示一阶电路。开关在 t=0 时刻由触点 a 倒向触点 b，开关动作 前电容电压有 0V 和 0.3V 两种情况。用 Multisim 仿真求电容电压 vC(t)的波形，并测量电路的时 间常数。 (a) (b) 图 A-14 参数扫描电路和结果 在工作区中画出仿真电路，如图 A-14(b)所示。图中的延迟开关是元件库中的仿真元件 Basic/SWITCH/TD_SW。开关连接 1 结点位置为 ON 位置，接地为 OFF 位置。开关可以设定两 个动作时间，以秒为单位，TON 和 TOFF，分别对应开关倒向 ON 和 OFF 位置的时间。两个时 间不能相等，也不能小于 0。在动作时间大于 0 时，该时间之前开关处于相反位置。等于 0 时 对应动作无效。 首先仿真电容电压为 0 的情况。延时开关的参数设置为：TOFF=0，TON=0.001S。这样倒 向 OFF 的时间无效，倒向 ON 的时间很接近于 0，可近似认为是 0。选择菜单命令 Simulate/Analyses/Transient Analysis，在弹出对话框中设定分析参数为：开始时间（START）0， 结束时间（TSTOP）1S，自动选择初始条件。在 Output 中选择 V(3)电压。然后点击 Simulate 按钮启动仿真，在 Graph 窗口中得到电容电压变化曲线，如图 A-15(a)。打开测量游标线，找到 电压上升到 0.632V 所对应的时间，大约为 0.1 秒，即为电路的时间常数

10附录A1Multisim电路仿真TransientAnalysisTransientAnalysis1.251.251.00Cursor1.00M750.00mV(3)M. 750.00m0500.00m：500.00m100.6289m250.00mS0630.1763m0 250.00m3.1497m0.000.00-250.00m250.00m250m0500m750m250m500m750mTime (s)Time (s)(b)(a)图A-14参数扫描电路和结果再仿真电容初始电压为0.3V的情况。双击电容元件，在其属性对话框的Value页面，选中Initialconditions，写入o.3V。然后选择菜单命令TransientAnalysis，在分析参数的Initialconditions中选择User-defined。再次启动分析，得到图A-15(b)的曲线，其起始电压为0.3V。例A-5求例3-16中继电器触点吸合的时间长度。例3-16电路重新画出在图A-15中。图(b)为继电器驱动等效电路，驱动电压vs波形如图（a)所示。当电感电流上升到150mA时，继电器触点吸合，当电感电流回落到40mA时，继电器将释放触点。33AVN400mH102i5152o130t/ms(b)(a)图A-15继电器驱动电路本例中尝试使用分段线性电压源来产生单个脉冲电压。如图A-16(a)建立仿真电路，其中电压源VI是虚拟信号源元件组中的PWLVoltageSource。双击该电源符号，在其元件属性Value页面，按图A16(b)输入波形直线端点和对应的时间点，内容描绘了图A-15（a）的单脉冲电压。也可以预先编辑一个纯文本文件，将电压值和时间数据对保存在文件中，然后选定该文件。R1L1O Enter data points in table2Initializefrom file....400mH3100R2V1TimeVoltageO0≥1500.01m553m03.01m05m(b)(a)图A-16仿真电路和分段线性信号源设置设定好元件参数后，选择TransientAnalysis命令，选择输出为电感电流ILI)，时间从0到100mS，得到电感电流仿真波形如图A-17。打开测量游标，测量对应电流为150mA和40mA对应时间的差值，得到窗口中的dx=30.7mS，验证了理论分析结果

附录 A1 Multisim 电路仿真 10 (a) (b) 图 A-14 参数扫描电路和结果 再仿真电容初始电压为 0.3V 的情况。双击电容元件，在其属性对话框的 Value 页面，选中 Initial conditions，写入 0.3V。然后选择菜单命令 Transient Analysis，在分析参数的 Initial conditions 中选择 User-defined。再次启动分析，得到图 A-15(b)的曲线，其起始电压为 0.3V。 例 A-5 求例 3-16 中继电器触点吸合的时间长度。 例 3-16 电路重新画出在图 A-15 中。图(b)为继电器驱动等效电路，驱动电压 vS波形如图 (a) 所示。当电感电流上升到 150mA 时，继电器触点吸合，当电感电流回落到 40mA 时，继电器 将释放触点。 图 A-15 继电器驱动电路 本例中尝试使用分段线性电压源来产生单个脉冲电压。如图 A-16(a)建立仿真电路，其中电 压源 V1 是虚拟信号源元件组中的 PWL Voltage Source。双击该电源符号，在其元件属性 Value 页面，按图 A16(b)输入波形直线端点和对应的时间点，内容描绘了图 A-15（a）的单脉冲电压。 也可以预先编辑一个纯文本文件，将电压值和时间数据对保存在文件中，然后选定该文件。 （a） （b） 图 A-16 仿真电路和分段线性信号源设置 设定好元件参数后，选择 Transient Analysis 命令，选择输出为电感电流 I(L1)，时间从 0 到 100mS，得到电感电流仿真波形如图 A-17。打开测量游标，测量对应电流为 150mA 和 40mA 对应时间的差值，得到窗口中的 dx=30.7mS，验证了理论分析结果